автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Определение закономерностей многофазных фильтрационных течений при заводнении трещиновато-пористых коллекторов

ore ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ nD УА ИМЕНИ И.М.ГУБК

1 8 ДПР 19Ч/|

НЕФТИ И ГАЗА ГУБКИНА

УДК 622.279:553.98.061.43 На правах рукописи

ФЕДОТОВ ИГОРЬ БОРИСОВИЧ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ МНОГОФАЗНЫХ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ТЕЧЕНИЙ ПРИ ЗАВОДНЕНИИ ТРЕЩИНОВАТО-ПОРИСТЫХ КОЛЛЕКТОРОВ

Специальность 05.15.06 "Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1993

Рабо та выполнена в Институте проблем нефти

и газа Российской Академии Наук.

Научные руководители: доктор технических наук,

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

рованного совета К.053.27.08 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук в Государственной академии нефти и газа им.И.М.Губкина по адресу: 117917, г.Москва,ГСП~^ Ленинский пр., 65

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Государственной академии нефти и газа им.И.М.Губкина

Автореферат разослан " V_199 ^ г.

Ученый секретарь специализированного совета

профессор С.Н.Закиров; доктор технических наук, А. Н.Шандрыгин.

профессор А.А.Казаков; кандидат технических наук, доцент Л.Б.Булавинов.

Ведущая организация: АстраханьНИПИгаз Защита состоится " ¿¿-¿¿^¿ч/ 199 ^г.

в час. АР мин, на заседании специализи-

кандидат технических

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Нефтяная и газовая промышленность занимает важное место в экономике России. Традиционно актуальнейшей проблемой данной отросли является повышение компанентоотдачи продуктивных пластов.

Немалое число находящихся в разработке и вновь вводимых в эксплуатацию газовых и газоконденсатных месторождений приурочены к карбонатным коллекторам, которые по своему строению можно отнести к трещиновато-пористым. Таким коллекторами представлены крупнейшие месторождения нефти и газа Оренбургское, Вуктыльское, Астраханское, Карачаганакское и другие. Опыт разработки ряда из них показывает, что добыча природных углеводородов осложняется обводнением продуктивных отложений. Часто газоконденсатные место-роздения характеризуются содержанием значительного количества конденсата, степень извлечения которого при принятых технологиях разработки составляет от 20% до 60%, что делает необходимым поиск возможностей его извлечения.

При этом можно отметить, что закономерности трехфазной фильтрации - газа, конденсата и воды в трещиновато-пористых коллекторах являются недостаточно исследованными. В связи с этим целесообразны дополнительные теоретические и экспериментальные исследования, связанные с изучением многофазной фильтрации углеводородов и воды в коллекторах данного типа. Важными также представляются, исследования процессов фильтрации и пропитки пористых блоков, которые являются основными носителями запасов природных углеводородов в трещиновато-пористых коллекторах.

Заслуживает внимания сопоставление результатов двухфазной и многофазной фильтрации в процессе обводнения, с целью устаноп -

ления эффективности поддержания давления за счет закачки вода до или после начала выпадения конденсата в жидкую фазу.

Цель исследований. Определение закономерностей многофазной фильтрации в трещиновато-пористых коллекторах при заводнении. Исследование фильтрационных течений в пористых средах, как в составном элементе трещиновато-пористого коллектора.

Научная новизна. Разработана имитационная трехфазная сеточная микромодель пористой среды, в которой учитывается сжимаемость фаз. Модель реализована на ЭВМ и использовалась для . изучения процессов вытеснения и пропитки пористых сред. Получены зависимости газо- и конденсатоотдачи пористых сред при изменении параметров, характеризующих структуру среды и свойства флюидов.

Созданы экспериментальная установка и методика моделирования фильтрации газа, конденсата и вода в трещиновато-пористом коллекторе. Выполнены эксперименты по моделированию процесса извлечения выпавших жидких углеводородов из газонасыщенного трещиновато-пористого коллектора при заводнении. Определены возможность и механизм извлечения конденсата.

На основе математических моделей двух- и трехфазной филь-

с

трации в трещиновато-пористом пласте исследованы показатели вытеснения газоконденсатной системы водой при различных параметрах пласта и разработаны практические рекомендации по использованию полученных результатов при добыче газа и конденсата из обводненных пластов.

Автор защищает: „

1. Имитационную сеточную микромодель пористой среды для трехфазной фильтрации сжимаемых флюидов.

2. Результаты численного моделирования двух- и трехфазной фильтрации газа, конденсата и вода" - в пористой среде примени-

телыю к режимам вытеснения и капиллярной пропитки.

3. Методику экспериментального моделирования трехфазной фильтрации газа, конденсата и вода в трещиновато-пористом коллекторе.

4. Закономерности многофазной фильтрации в трещиновато-пористых коллекторах, полученные в результате экспериментального и математического моделирования пластовых систем.

Практическая значимость. Определены закономерности фильтрации газа, конденсата и воды в режимах вытеснения и капиллярной пропитки в пористых средах. Выявлены факторы и степень их влияния на характер и эффективность извлечения углеводородов из трещиновато-пористого коллектора.

На основе проведенных исследований обоснована и принята к использованию методика расчета параметров эксплуатации обводненных газовых скважин на месторождении Учкыр ПО "Газлитрансгаздо-быча" (1990 г.); оценены возможности дополнительного извлечения конденсата из массивной газовой залежи Коробковского месторождения в . процессе его заводнения на заключительной стадчи разработки (1993 г.).

Апробация работы. Результаты работы докладывались на Республиканской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Молодежь Чечено-Ингушетии народному хозяйству" (Грозный, 1987 г.), 23 научно-технической конференции молодых ученых и специалистов НПО "Союзгазтехнология" "Проблемы нефтегазового комплекса - забота молодых" (Москва, 1989 г.), 2-ой Всесоюзной научно-технической конференции "Нефть и газ Западной Сибири" (Тюмень, 1989), конференции Коми филиала ВШИГАЗа "Разработка и эксплуатация гязоконденсатных месторождений на завершающей стадии" (Ухта, 1990 г.), семинаре "Теория и практика исследования пластовых флюидов, скважин и пластов при высоких тормо-

барических параметрах" (Волгоград, 1991 г.), научно-практической конференции "Проблемы охраны здоровья и социальные аспекты освоения газовых месторождений России" (Астрахань 1993 г.)

Достоверность полученных результатов обеспечивается следующими обстоятельствами. При физических экспериментах соответствие модельных параметров реальным пластам контролируется при помощи критериев подобия. При математическом моделировании используются проверенные численные методы решения гидродинамических задач, принимаются во внимание условия сходимости решения и соблюдение материального баланса фаз при использовании имитационной модели.

Полученные в работе результаты не противоречат сложившимся представлениям подземной гидромеханики и подтвервдаются результатами предшествующих и близких по тематике лабораторных и промысловых исследований.

Публикации..По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.

Объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, двух приложений и списка литературы. Работа содержит 54 рисунков, 7 таблиц, списка литературы из 142 наименований. Общий объем работы - (? страниц, в том числе /0 страниц приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследования закономерностей процесса заводнения трещиновато-пористых коллекторов с целью эффективного извлечения углеводородов.

Первая глава работы посвящена анализу предшествующих исследований в области экспериментального и математического моделирования многофазной фильтрации в пористых средах и трещиновато-пористых коллекторах.

В числе основных работ, посвященных исследованию фильтрации в пористых и трещиноватых коллекторах при водонапорном режиме, а так же различным методам воздействия на них, выделяются исследования Абасова М.Т., Алиева З.С., Басниева К.С., Еузинова G.H., Булавинова Л.Б., Герова Л.Г., Гиматудинова Ш.Н., Горбунова А.Н., Джалилова К.Н., Желтова Ю.В., Желтова Ю.П., Закирова С.Н., Зотова Г.А..Кондрата P.M..Коротаева Ю.П., Крылова А.И., Лапука Б.Б., Левыкина Е.В., Леонтьева Ш.А., Мартоса В.Н., Минского Е.М., Мирзаджанзаде А.Х., Перепеличенко В.Ф., Петренко В.И., Рассохина Г.В., Розенберга М.Д., Рыжика В.М., Сомова Б.Е., Таирова Н.Д., Тер-Саркисова P.M., Хейна А.Л., Худякова О.Ф., Чарного И.А., Шандрыгина А.Н., Ширковского А.И., Шмыгли П.Т., Щежачева В.Н., Geifern Т.М., Gorring L., Gruy H.J., Hawes R.I., Hawkyard I.K., Matthewa J.D., Morse П.A., Owens W.W., Parrlsh D.R..

Проблемам моделирования трещиновато-пористых коллекторов в задачах многофазной фильтрации посвящены работы Баренблатта Г.И., Боксермана A.A., Везирова Д.Ш., Волкова А.И., Данилова В.Л., Желтова Ю.П., Закирова С.Н., Каца P.M., Кочешкова A.A., Курбанова А.К., Кутлярова B.C., Николаевского В.Н., Панфилова М.Б., Шандрыгина А.Н., Barker J.M., Beckner B.L., Berkowltz В., Bertin Н., Blbby R.J., Blaskovlch F.Т., Bossle-Codreanu D., Chan H.M., Coats K.H., Dean I.H., DeSwaan A.O., Dychulzen R.C., Oilman J.R., Hornung U., Jones T.A., Kazeml H., McDonald A.E., Naraslmhan T.N., Odeh A.S., Peacement D.W., Pruess K., Root J., Rossen R.H., Saldi A.M., Showalter R.E., Sonler P., Soulllard P., <Walkington N.J., Пггеп J.E., Wooten S.O., Wu Y.S..

С исследова1шями в области микромоделирования пористых сред связаны работы Ентова В.М., Казакова A.A., Котяхова Ф.И., Маркина В.С.,Маца A.A., Панфилова М.Б., Ромма Е.С., Селякова

В.И., Скворцова В.В., Чен-Син Э., Шейдейгера А.Э., Calhouh J.С., Chandler R.t Chatenever A., Dias M.M., Fatt I., Koplik J., Kozeny J., Larson R.G., Lenorman R., lerman K., Lesseter T.J., Morrow N.R.• Payatakes A.C., Willemsen J.F..

На основании проведенного анализа предшествующих работ сформулированы цели и направления исследований данной диссертации.

Вторая глава работы посвящена исследованию двухфазной фильтрации (газа и жидкости) в трещиновато-пористом коллекторе.

В первом разделе второй главы описываются закономерности процессов вытеснения и капиллярной пропитки в микронеоднородной пористой среде. Для этих целей обоснована физически содержательная имитационная сеточная микромодель пористой среды. Предлагаемая модель относится к двумерным сеточным моделям со включенными объемами, капиллярами переменного сечения и в ней учитывается сжимаемость флюидов. В модели принимаются во внимание .действие капиллярных сил, механизмы вытеснения фаз на основе экспериментов со стеклянными капиллярами, зависимости физических свойств флюидов от давления, явление адсорбции фаз на поверхности породы и др.

Поровое пространство модели представляет собой двумерную связную систему капилляров и узлов, где к каждому узлу примыкает четыре канала. Узлы сетки имеют различные объемы. Капилляры соединяющие узлы сетки, характеризуются в разрезе профилем получаемым вращением отрезка синусоиды на отрезке [-тс/2; тс/2] вокруг оси абсцисс и смещенной на половину характерного диаметра порового канала. Таким образом, наименьшее сечение капилляра равно характерному диаметру. Распределение диаметров узлов и капилляров в модели происходит по случайному закону в соответствии с заданной гистограммой, распределения пор по размерам.

В модели отсутствуют тупиковые поры и весь ее объем равнодоступен для насыщения любой фазой. Начальная насыщенность модели создается путем задания долей фаз в каждом узле и канале.

Границы модели могут задаваться непроницаемыми или проницаемыми. В случае проницаемой границы, на ней задается давление, которое может быть постоянным или меняющимся во времени. Движение флюидов в модели обусловлено перепадом давления и капиллярными силами. В случае отсутствия перепада давления на границах процесс фильтрации превращается в процесс капиллярной пропитки.

Капиллярное давление определяется с учетом геометрического положения мениска и кривизны стенок канала в соответствующей точке. При больших значениях угла смачивания возможна инверсия мениска на некоторых участках канала.

Течение жидкости и газа по капиллярам описывается,известной в гидравлике, формулой Пуазейля. Объемы перетекающих фаз контролируется законом сохранения вещества. Сжимаемость фаз учитывается в результате пересчета их плотности и объема в зависимости от давления в каждом канале и узле.

Задача о распределении давления по отдельным элементам сеточной области в каждый момент времени сводится к необходимости решения соответствующей системы алгебраических уравнений. Эта система в матричном представлении имеет вид:

А Р = М

где А - матрица проводимостей; Р - матрица давлений; М - матрица массовых потоков, обусловленных перепадом давлений и капиллярными силами. Для решения полученной системы уравнений использовался модифицированный метод Зейделя, обеспечивающий в данном случае быструю сходимость к искомому решению.

Перемещение мениска в канале происходит под действием капиллярных сил и градиента давления. Временной шаг при расчетах задается из условия исключения проскакивание мениском отдельного капилляра за один временной шаг расчета.

Данная • расчетная схема реализована в программе на языке FORTRAN для персональных ЭВМ и машин класса ЕС. Тестирование программы при различных размерах сеточной области показало, что решение обладает достаточной устойчивостью при сетке 10*10 и обеспечивает при этом приемлемую скорость счета.

На данной микромодели пористой среды были проведены исследования влияние различных параметров на формирование газоотдачи.

Распределение капилляров и узлов различного диаметра в модели зависело от характерного диаметра каналов и заданной неоднородности. Характерный диаметр каналов составляет 10 мкм'. Начальная насыщенность модели газом равна 1. Остаточная насыщенность фаз принималась равной 0.05.

Физические свойства флюидов, насыщающих модель, выбирались в соответствии с результатами различных лабораторных исследований и по литературным источникам.

Проведенные исследования направлены на определение влияния на газоотдачу структуры пористой среды; физических свойств жидкости и газа; динамических характеристик вытеснения.

При исследовании влияния структуры пористой среды варьировались степень неоднородности пористой среды и абсолютный диаметр поровых каналов.

При изучении влияния физических свойств изменялись соотношение вязкостей вытесняемой и вытесняющей фаз и краевой угол смачивания на трехфазной границе (вода-газ-порода).

Основной динамической характеристикой исследуемых вариантов

было капиллярное число, представляющее соотношение динамических и капиллярных сил.

Анализ результатов показывает, что увеличение неоднородности пористой среды приводит к снижению конечной газоотдачи, что находится в соответствии с данными лабораторных экспериментов. В работе представлены серии диаграмм, иллюстрирующих продвижении фронта воды в модели, для построения которых использовались поля насыщенностей, формируемые в модели в различные моменты процесса вытеснения.

Увеличение диаметра поровых каналов снижает коэффициент газоотдачи. Однако, это снижение является незначительным, так наименьшее значение газоотдачи полученное в серии экспериментов составило 0.744.

Значительное влияние на эффективность вытеснения фаз оказывает соотношение вязкостей. В результате конечная газоотдача изменяется с 0.893 до 0.441 при изменении соотношения вязкостей от 1 до 100. Однако, значительное ухудшение параметров вытеснения наблюдается при больших значениях, а на начальном участке, когда соотношение вязкостей не превышает 20-50 существенного уменшения газоотдачи не наблюдается.

Изменение краевого угла смачивания в широких пределах не оказывает заметного влияния на коэффициент газоотдачи.

В исследованиях значение капиллярного числа изменялось с 1.2*10-5 до 41.4*10"5, при этом газоотдача оказалась в пределах от 0.462 до 0.966. Анализ полученных результатов показывает, чтс зависимость газоотдачи от капиллярного числа Са не является монотонно возрастающей, а может быть разделена на три участка. На первом участке до значений Са равных 2.0«10"5 наблюдается незначительный рост газоотдачи, на втором участке при Са в

пределах от 2.0»10"5 до б.0»10"5 происходит значительный рост газоотдачи, а третий участок характеризуется умеренным ее изменением при Са больше 6.0*10-5.

Следующая груша численных экспериментов на микромодели связана с исследованием процессов пропитки пористых сред. Как и для процесса вытеснения исследовалось влияние на формирование газоотдачи следующих параметров: коэффициента неоднородности; абсолютного диаметра каналов; соотношения вязкостей фаз; краевого угла смачивания и капиллярного числа.

Благодаря расчетам выявлено, что увеличение неоднородности значительно уменьшает конечную газоотдачу образца пористой среды, но, в отличие от процесса вытеснения, имеет некоторый максимум при начальном увеличении неоднородности среды. В следствии увеличения степени неоднородности газоотдача уменьшается с 0.939 до 0.142.

Изменение абсолютного диаметра поровых каналов не оказывает значительного влияния на коэффициент газоотдачи при значениях более 10 мкм (газоотдача изменяется от 0.624 до 0.772), а в области его изменения от 5 до 10 мкм происходит резкое снижение газоотдачи с 0.694 до 0.270. Здесь наблюдается эффект обратный полученному при вытеснении, когда уменьшение диаметра приводит к увеличению газоотдачи.

Зависимости конечной газоотдачи от соотношения вязкостей и краевого угла смачивания характеризуются следующим:

- при изменении соотношения вязкостей в пределах от 1 до 100 наблюдается снижение газоотдачи с 0.823 до 0.576.

- при изменении краевого угла смачивания от 10 до 80 град, газоотдача увеличивается с 0.485 до 0.882.

Зависимость конечной газоотдачи при росте капиллярного

числа характеризуется увеличением газоотдачи с 0.270 до 0.772.

На основе полученных результатов были построены диаграммы продвижения воды в газонасыщенном образце при пропитке на разные моменты времени.

Сопоставление результатов для процессов вытеснения и пропитки показывает, что полученный при вытеснении средний уровень газоотдачи выше уровня газоотдачи в случае капиллярной пропитки.

Влияние структуры порового пространства на процессы вытеснения и пропитки свидетельствует о том, что увеличение неоднородности среды приводит к значительному ухудшению показателей фильтрации. Однако при малой неоднородности среды в процессах вытеснения не наблюдается резкого ухудшения показателей, а при пропитке это приводит даже к некоторому увеличению коэффициента газоотдачи.

Изменение абсолютного диаметра поровых каналов не оказывает существенного влияния на газоотдачу при значениях более 10 мкм, как в процессах вытеснения,так и пропитки. Вместе с тем, при малых диаметрах (менее 10 мкм) эффект от изменения диаметров для процессов вытеснения и пропитки оказался обратным, то есть при вытеснении уменьшение диаметров увеличивает газоотдачу, а при пропитке уменьшает ее.

Увеличение соотношения вязкостей фаз уменьшает конечную газоотдачу. Изменении краевого угла смачивания при вытеснении не приводит к существенному изменению газоотдачи, а при пропитке газоотдача растет с увеличением его значения.

Влияние капиллярного числа на газоотдачу при вытеснении и пропитке однотипно. С увеличением капиллярного числа наблюдается рост газоотдачи в обоих рассмотренных процессах.

Кроме указанных закономерностей, разработанная модель порис-

той среда использовалась для изучения особенностей фильтрации при снижении давления в модели и получения кривых фазовых проницаемостей.

Расчеты показали, что при снижении давления с 10 до 1 МПа газоотдача заводненной модели увеличивается с 0.792 до 0.890.

Для построения кривых фазовых проницаемостей использовалась методика, которая заключалась в сопоставлении параметров однофазной и двухфазной фильтрации. Особенностью полученной кривой для газа является превышение фазовой проницаемостью значения абсолютной проницаемости при малых насыщенностях водой.

Во втором разделе второй главы рассматриваются особенности процесса вытеснения газа водой из трещиновато-пористого коллектора на основе решения системы дифференциальных уравнений фильтрации жидкости и газа в трещиновато-пористом пласте.

Система дифференциальных уравнений решается конечно-разностным методом "последовательного" решенйя для случая одномерной и двумерной фильтрации. Система линейных уравнений, полученная в процессе конечно-разностной аппроксимации, решалась методом прогонки.

На основе одномерной модели исследовалось влияние различных факторов на процесс фильтрации жидкости и газа, а на основе двумерной модели были проведены численные эксперименты по определению показателей разработки обводняющихся залежей.

При расчетах использовались кривые фазовых проницаемостей трещиной среды из литературных источников,а для пористых блоков те, что получены в предыдущем разделе на микромоделях пористых сред.

В качестве постоянных по вариантам исходных данных использовались следующие: начальное пластовое давление 30 МПа, коэффициент проницаемости блоков 5»10",5мг, длина полосообразного плас-

та 1000 м, объемный коэффициент жидкости принимался постоянным и равным 1, плотность и растворимость газа в жидкости принята линейно зависящими от давления.

Было исследовано влияние на основные показатели фильтрации таких параметров коллектора, как пористость блоков и трещин, проницаемость трещин и размеры блоков.

При расчетах рассматривалось влияние каадого из указанных факторов на следующие показатели фильтрации: скорость фильтрации газа и жидкости, водогазовый фактор, распределение по пласту давления и насыщенности жидкостью блоков и трещин коллектора.

Как показали расчеты, наибольшее влияние на фильтрацию газа и жидкости оказывает проницаемость трещин коллектора. Так при увеличении коэффициента проницаемости трещин с 5*10"15 до 50x10-15 мг скорость фильтрации газа увеличивается с 0.1*10"5до 3.54*10"^л/с. Влияние пористости блоков на скорость фильтрации более значительно, чем влияние пористости трещиноватой части коллектора. Так с увеличением пористости блоков с 5 до 25% скорость фильтрации в расчетах уменьшилась с 1.54*10~5до 1.38*10~^л/с. Изменение пористости трещиноватой среды оказывает влияние на скорость фильтрации только при значениях, приближающихся к пористости блоков.

Одним из исследуемых параметров было значение водогазового фактора (ВГФ). Более существенное влияние на величину ВГФ оказывает проницаемость трещин. Изменение проницаемости трещин приводит к увеличению ВГФ с 350 до 1040 мэ/м3 за счет более значительного увеличения газонасыщенности обеих сред коллектора в следствии расширения газа.

Изменение пористости матриц приводит к уменьшению ВГФ с 82') до 716 м3/м? Практически не влияют на значение ВГФ пористость

трещин и длина пористых блоков.

Таким образом, на процессы фильтрации газа и жидкости в трещиновато-пористых коллекторах значительное влияние оказывают фильтрационные свойства трещиноватой среды коллектора и емкостные свойства пористой среда. Емкостные свойства трещин и фильтрационные свойства блоков мало влияют или не влияют на процесс фильтрации, если они не соизмеримы с аналогичными параметрами другой среды.

Для выявления рассматриваемых выше параметров на общий процесс разработки были проведены численные эксперименты по определению показателей доразработки обводненной залежи с трещиновато-пористым коллектором. Одной из основных задач данных численных экспериментов было оценка эффективности увеличения газоотдачи трещиновато-пористых коллекторов с помощью методов активного воздействия на водонапорный режим газовых залежей, которые широко используются для пористых и трещиноватых коллекторов.

В ходе исследований была определена подвижность газа при понижении пластового давления. Установлено, что в процессе понижения пластового давления в обводненном трещиновато-пористом коллекторе наблюдается увеличение газонасыщенности обеих сред коллектора (трещин и пористых блоков). Для пористых блоков при понижении давления от начального до значений, составляющих 10-20% начального, увеличение газонасыщенности происходит в 1.2-1.5 раза от начальных значений в зависимости от вида кривых фазовых проницаемостей пористой среды и соотношения вязкостей газа и воды.

Полученные данные позволили установить, что при понижении давления в обводненном трещиновато-пористом коллекторе защемленный газ приобретает подвижность в обеих средах коллектора

вследствие образования единой системы каналов движения газа при его расширении и увеличении газонасыщенности сред.

Таким образом, процесс извлечения защемленного газа из трещиновато-пористых коллекторов путем активного воздействия на водонапорный режим залежи является эффективным. Мероприятия по извлечению защемленного газа из трещиновато-пористых коллекторов можно проводить при доразработке обводненных газовых залежей.

Практическая реализация разработанных методик и моделей на месторождении Учкыр приведена в Приложении 1.

Третья глава работы посвящена экспериментальным исследованиям заводнения трещиновато-пористого коллектора с остаточными жидкими углеводородами.

Для привязки результатов экспериментов к реальным пластам получены критерии подобия трехфазной фильтрации газа, конденсата и воды в трещиновато-пористом коллекторе.

Экспериментальные исследования проводились на лабораторной установка, которая состоит из трех основных блоков: блок нагнетания воды; модель пласта; измерительный блок.

Блок нагнетания воды обеспечивает поступление воды в модель пласта с заданным расходом и давлением.

Модель пласта представляет собой толстостенную трубу длиной 2 метра с внутренней поверхностью, покрытой эпоксидной смолой в смеси с мелкозернистым песком. Внутрь модели помещаются искусственные пористые блоки длиной 0,1 - 0,3 м и диаметром 0,0720,074 м, засыпаемые утрамбованным песком, моделирующим систему трещин.

Измерительный блок обеспечивает задание нужного перепада давления и измерение давлония на входе и выходе модели пласта, а также замер количества извлекаемых из модели компонентой: газа.

вода и конденсата.

Экспериментальные исследования проводились при начальном давлении 3,5 - 5,0 МПа. Остаточная конденсатонасыщенность пористых блоков моделировалась на уровне 20% - 60%.

Для создания начальной насыщенности пористых блоков конденсатом использовался способ выпаривания керосина, который моделировал жидкие углеводороды, до заданной насыщенности.

В процессе экспериментов выделялись следующие этапы:

1. Безводный период - отбор газа с момента подачи воды до ее появления на выходе модели.

2. Водный период - отбор газа, конденсата и воды с момента появления воды на выходе модели до прекращения ее подачи на вход.

3. Период истощения - отбор газа, конденсата и воды в процессе снижения давления в модели.

Эксперименты проводились для двух начальных состояний модели пласта: без остаточной водонасыщенности и с нею. Остаточная водонасыщенность составляла 20-40% и формировалась в процессе проведения опыта на "сухой" модели.

В процессе экспериментов регистрировались во времени количество извлекаемых из модели пласта газа, конденсата и воды и давления на входе и выходе модели.

На основе полученных результатов были построены зависимости изменения во времени показателей дренирования модели пласта.

В безводный периода характер процесса вытеснения газа при заводнении сухой модели схож с аналогичным процессом в случае обводненной модели. Однако, время прорыва воды, при прочих равных условиях, в сухой модели больше, чем в обводненной. Причем сокращение времени прорыва воды в обводненной модели объясняется

не только уменьшением порового пространства пласта (время прорыва воды сократилось по разным опытам в 2,3 - 4,7 раза при том, что поровый объем уменьшился только в 1,4 - 1,9 раза), но и за счет отсечения остаточной водой газа пористых блоков от процесса фильтрации в трещинах. В результате газоотдача по сухим моделям на момент прорыва воды составляла от 66.3% до 55.4%, а по ранее обводненным моделям - от 58.5% до 44.9%.

Водный период характеризуется восстановлением давления в модели до величины, обеспечивающей постоянный отбор жидкости. Отборы газа в этот период являются незначительными и составляют от 2% до 4Ж общих запасов.

На этапе отбора воды начинается вытеснение из модели пласта конденсата. Конденсат выносится из модели только в смеси с водой. Причем, при заводнении сухой модели между моментом прорыва воды и моментом появления конденсата проходит некоторый промежуток времени, характеризующий запаздывание капиллярных процессов в пористых блоках по сравнению с процессом ^.иьтрации в системе трещин. Из обводненной модели вынос конденсата начинается сразу с появлением первых порций воды. То есть, к моменту прорыва воды часть конденсата, ранее находившегося в пористых блоках, поступает за счет капиллярной пропитки в систему трещин, откуда и выносится потоком фильтрующейся воды.

На этапе разгазирования происходит снижение давления в модели за счет прекращения подачи воды и отбора флюидов из модели пласта. Основной особенностью данного этапа является поступление воды, газа и конденсата из пористых блоков. Выход конденсата из модели происходит в смеси с водой, причем, более интенсивно в начале и снижается к концу этапа.

Особенности подготовки модели пласта позволяет исследовать

конденсатоотдачу только системы пористых блоков, поскольку при подготовке модели, по описанной ранее методике, насыщенность системы трещин конденсатом не моделировалась. Эта особенность рассматриваемой модели приводит к получению заниженных значений конденсатоотдачи пласта.

Для проведения оценки эффективности извлечения конденсата определяется конденсатоводяной фактор (КВФ), характеризующий удельное содержание конденсата в воде и построены графики его изменения в процессе экспериментов.

Полученные кривые имеют характерный для всех проведенных экспериментов вид, то есть содержат два максимума, мезду которыми находится более или менее протяженный участок снижения КВФ. Первый максимум и участок снижения КВФ относится к водному периоду эксплуатации модели пласта, а второй максимум и конец характеристики соответствует периоду разгазирования модели.

В проведенных экспериментах количество конденсата извлеченное в течение водного периода, составляет от 75 до 90% от общего извлеченного его количества. В период разгазирования извлекается от 25 до 10% от общего количества добытого конденсата.

Четвертая глава работы посвящена исследованию трехфазной фильтрации (газа, конденсата и вода) в трещиновато-пористом коллекторе .

В первом разделе данной главы определяются закономерности процесса трехфазной фильтрации в микронеоднородной пористой среде на основе микромодели описанной во втором разделе, которая была модифицирована для случая трехфазной фильтрации.

Отличительной особенностью трехфазной микромодели является метод учета фильтрующихся фаз и критерии помещения мениска в соответствующий поровый канал.

Созданная трехфазная модель используется для определения показателей вытеснения газа и конденсата при различных начальных насыщенностях.

В математических экспериментах начальная насыщенность конденсатом изменялась от 0 до 81,1 %. Для иллюстрации динамики роста газо- и конденсатоотдачи построены графики изменения показателей вытеснения от количества поступившей воды. Газоотдача пористой среды растет тем большими .темпами, чем больше насыщенность конденсатом, но и быстрее достигает своего конечного значения. Изменение конденсатоотдачи характеризуется некоторым запаздыванием относительно выхода газа, но при большей конденсатонасыщенности темпы роста ее ниже.

Представлены зависимости конечной газо- и конденсатоотдачи пористой среды от начальной насыщенности конденсатом. При изменении конденсатонасыщенности в пределах от 0 до 0,811 газоотдача уменьшается с 0,832 до 0,069 , а конденсатоотдача увеличивается с 0 до 0,747. Однако, при малых насыщенностях пористой среды конденсатом его выход из модели не происходит. Так в данной серии экспериментов удалось получить конденсат на выходе из модели только при насыщенности 0,083, причем конденсатоотдача составила в этом случае 0,5 %. То есть, существует минимальная граница извлечения конденсата по насыщенности.

Полученные результаты использовались при моделировании трещиновато-пористого коллектора с целью описания обменных процессов между пористыми блоками и системой трещин.

Во втором разделе четвертой главы проводится изучение процесса заводнения трещиновато-пористого коллектора с остаточными жидкими углеводородам

Моделирование гэзоконденсатного пласта осноЕЫЕается на рто-

смотрении псевдобинарной модели фильтрации, компонентами которой являются конденсат, газ и вода применительно к трещиновато-пористому коллектору. Модель использовалась для исследования процессов разработки залежя на истощение и при заводнении.

Фильтрация газоконденсатных систем в трещиновато-пористом коллекторе рассматривается в соответствии с моделью "вложенных сред". Система дифференциальных уравнений решается методом конечных разностей, неявным по давлению и явным по насыщенности.

Методика математических экспериментов заключалась в исследовании изменения насыщенности каждой из сред (трещин и пористых блоков) газом и конденсатом. Исследовались коэффициенты газо - и-конденсатоотдачи в зависимости от градиента давления на эксплуатационной галерее.

При проведении численных экспериментов были выявлены характерные зависимости изменения насыщенности газом трещиной среды. Процесс вытеснения газа водой из трещин проходит на первых стадиях с явно выраженным фронтом вытеснения. После прорыва воды к галерее скважин происходит выполаживание графиков и фильтрующийся газ равномерно распределяется по системе трещин. Последняя стадия характеризуется выравниванием газонасыщенности по всему пласту и приближением ее значения к остаточному.

Несколько иным является механизм вытеснения конденсата из системы трещин. На первой стадии происходит формирование фронта вытеснения конденсата . В дальнейшем наиболее интенсивно по конденсату дренируется часть пласта, примыкающая к галерее скважин при этом на участке отдаленном от галереи конденсатонасы-щенность начинает нарастать, за счет притока его из блоков. Это приводит к нарастанию доли конденсата в трещинах, в результате Формируется своеобразный "вал" конденсата.

Практическая реализация результатов исследований на Короб-ковском месторовдении приведена в Приложении 2.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Создана имитационная сеточная микромодель пористой среды для трехфазной фильтрации сжимаемых флюидов. Она включает достоинства нескольких предыдущих моделей и учитывает сжимаемость флюидов.

2. Определены закономерности и особенности двух- и трехфазной фильтрации газа, конденсата и воды в пористой среде для режимов вытеснения и. капиллярной пропитки.

3. Разработаны методики создания экспериментальной установки и моделирования трехфазной фильтрации - газа, конденсата и воды в трещиновато-пористом коллекторе, с целью установления степени эффективности извлечения ретроградного конденсата, в результате заводнения пласта.

4. Определены закономерности многофазной фильтрации в трещиновато-пористых коллекторах, полученные в результате экспериментального и математического моделирования пластовых систем применительно к разработке газоконденсатных залежей и реализации методов повышения компонентоотдачи пласта.

5. Разработаны рекомендации по практической реализации результатов исследований для обводненных трещиновато-пористых пластов.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Федотов И.Б. Использование сеточной микромодели пористой среды для определения поведения сжимаемых фаз при двухфазной фильтрации/ Сб. научн. тр."Геология, разработка и эксплуатация н'-фт.

м-ний".- Волгоград: ВолгоградНИПИнефть, 1993, вып.52, с.135-142

2. Федотов И.Б. Исследование процесса вытеснения газоконден-сатной смеси водой из трещиновато-пористого пласта// Газ. про-мышл-сть, 1991, Л 7, с.31

3. Федотов И.Б. Определение закономерностей перемещения флюидов для рациональной разработки АГКМ// Сб. тез. докл. научно- практ. конф."Проблемы охраны здоровья и социальные аспекты освоения газовых месторождений Росгии" -С.-П.: Мед. инф. агентство, 1993, с.71

4. Федотов И.Б. Оптимизация режимов эксплуатации обводняющихся газовых скважин// Сб. тез. докл. 2-ой Всесоюзной научно- техн. конф. "Нефть и газ Западной Сибири" - Тюмень: ТюмИИ, 1989, с.35

5. Федотов И.Б. Повышение эффективности эксплуатации обводняющихся газовых скважин// Сб. тез. докл. республ. научно- техн. конф. "Молодежь Чечено-Ингушетии народа, хоз." - Грозный: ГНИ, 1987, с.98

6. Шандрыгин А.Н., Родин Е.В., Федотов И.Б. Исследование двухфазной фильтрации кидкоотей и газа в трещиновато-пористых коллекторах.// Изв. Вузов/ Нефть и газ., 1988, * 2, с.25-31.

7. Шандрыгин А.Н., Родин Е.В., Федотов И.Б. Об эффективности извлеч:ния защемленного газа из трещиновато-пористых, коллекторов// Изв. вузов./Нефть и газ. 1987. * 11. с.38-40.

8. Шандрыгин А.Н., Федотов И.Б. Определение характеристик движения двухфазного потока газа и вода в пористых средах// Экспресс-информация "Геология,бурение, разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений"- М.: ВНИИЭгазпром, вып.1, 1991, с.16-17